1941年5月22日、ピオルンはフィリップ・ヴァイアン（Philip Vian）大佐率いる第4駆逐艦戦隊（4th Destroyer Flotilla）の僚艦コサック、マオリ、シーク、ズールーと共にグラスゴーからインド洋へ向かう兵員輸送船団WS8Bを護衛していた。5月25日になり、ピオルンを含む戦隊は護衛任務から離れ、ドイツ海軍の戦艦ビスマルクの捜索に参加することになった。ヴァイアン大佐の旗艦コサックとシーク、ズールーは戦艦キング・ジョージ五世の、ピオルンとマオリはロドニーの護衛を命じられていたが、戦艦に合流するため航行中にカナダ空軍のカタリナ飛行艇からビスマルク発見の報を受け戦隊はビスマルクに接触すべく急行した。波浪のために速力は27ノットを出すのがやっとの状況ではあったが、5月26日午後10時までには直前までビスマルクに触接を行っていた軽巡洋艦シェフィールドと会合しビスマルクの方位を知ることができた。午後10時50分にズールーがビスマルクを発見し、ピオルンを含む戦隊の駆逐艦たちは触接を開始した。ビスマルクはピオルンとマオリに対して砲撃を開始、ピオルンも13,500ヤード（約12,344m）まで距離を詰めるとビスマルクに対して砲撃を行い、約30分にわたって砲撃戦が続いた。ビスマルクに対して砲撃を開始する前に、ピオルンは「我はポーランド人なり」（I am a Pole）という信号を送ったとされる。また別の史料では、砲撃開始の命令は「ポーランドを讃えて三斉射」（Trzy salwy na cześć Polski）だったともいわれている。この戦闘で双方に被弾はなかったものの、ビスマルクの第三斉射がピオルンのわずか20ヤード（約18m）に着弾したためプワウスキ艦長は戦闘を中止し、煙幕を張りながら距離を開けた。ピオルンは燃料が極度に不足していたため、搭載する魚雷を発射することなく27日午前5時には帰投を命じられた。プワウスキ艦長は海域を離れることを渋り、イギリスに引き返すまで1時間にわたって留まっていた。ピオルンを除く戦隊によって行われた魚雷攻撃は全て失敗し、最終的にビスマルクは英戦艦との砲戦の末に沈むことになった。
1867年11月9日（慶応3年旧暦10月14日）の徳川慶喜による大政奉還と1868年1月3日（慶応3年旧暦12月9日）の王政復古のクーデターによって江戸幕府が崩壊し、同年5月3日（慶応4年（明治元年）旧暦4月11日）の江戸城開城によって江戸は新政府の支配下に入った。7月1日（旧暦5月12日）、新政府は江戸府を設置し、9月3日（旧暦7月17日）に江戸が東亰（後に東京）と改称されると、江戸府も東京府と改称された。1869年に明治天皇が皇居（東京城、旧江戸城）に入ると、東京は近代日本の事実上の首都となった（東京を首都とする法的根拠はないとする意見もある。東京奠都を参照）。1868年（明治元年旧暦5月19日）、北町、南町両奉行所を廃し、町奉行管轄地を管掌する市政裁判所（市政民政社寺三裁判所）を旧南町奉行所に設ける。同年（旧暦7月17日）、市政裁判所を東京府と改名し、同年（旧暦8月17日）、東京府幸橋御門内（現在の東京都千代田区内幸町1丁目）の旧郡山藩屋敷に東京府庁を開庁する。東京には全国から新政府に仕える人々が集まり、多くは皇居周辺（後世の山手線内側）に住んだ。これが山の手族の起源である。また、築地には外国人居留地が設けられ、銀座には西洋風の煉瓦街が作られて、文明開化が進んだ。廃藩置県後の1871年12月25日（明治4年11月14日）、東京府のほか現在の関東地方に存在していた各県が廃止され、武蔵国荏原郡と豊島郡、および足立郡、葛飾郡のそれぞれ一部を管轄区域とする東京府が改めて設置されることとなった。このとき旧来の東京府の区域については6大区の下に97小区を置く「大区小区制」が敷かれ、一方廃止された品川県、浦和県、小菅県、および世田谷に飛地を有していた長浜県からの行政の移管は半年ほどかけて順次行い、旧県時代の区割りのままとした。この際に神奈川県の管轄となった多摩郡のうち、現在の中野区、杉並区の区域が翌1872年（明治5年）東京府に移管され、管轄区域は現在の東京都区部（23区）のうち世田谷区西部（後の砧村及び千歳村）を除いた区域となった。その後1873年（明治6年）3月18日に大区小区の区割りが全域一貫したものとなり、総計11大区103小区となった。1878年（明治11年）郡区町村編制法に基づき、東京府管下の中心部市街地に麹町区以下の15区が、同年11月2日に編成された。市街地に隣接する区域は荏原郡・東多摩郡・南豊島郡・北豊島郡・南足立郡・南葛飾郡の6郡に編成される。（このうち、東多摩郡と南豊島郡は1896年（明治29年）4月に合併されて豊多摩郡となった。）また、同年1月11日より、伊豆諸島が東京府の管轄となった。1889年（明治22年）5月1日に市制特例による特別市制により東京市が発足し、1899年（明治32年）10月1日には、市制特例を廃止し、東京市は一般市制による一般市となった。1893年（明治26年）4月1日、神奈川県に属していた三多摩を東京府に編入した。大正期に入ると、東京市への人口流入は更に進み、1920年の人口は370万人になったが、1923年（大正13年）9月1日には関東大震災に襲われ、特に下町が大打撃を受け、一時、面積が半分程度の大阪市の人口が東京市を抜くことにもなった。近衛文麿政権以後の政権は、戦時体制を敷いて、経済・産業・文化・芸術・教育、その他あらゆる分野の中枢を東京に集めた。三多摩にも市ができた。1917年（大正6年）、東京府南多摩郡八王子町は市制を施行し、東京府八王子市となった。原内閣の郡制廃止後の1940年（昭和15年）、東京府北多摩郡立川町が市となり、東京府立川市となった。この時点で、東京府には、東京府東京市と八王子市と立川市の3市があった。第二次世界大戦中の1943年（昭和18年）7月1日には、東京市と東京府は廃止され、東京都が設置された。初代東京都長官は、内務省出身の大達茂雄であった。第二次世界大戦末期の1945年（昭和20年）3月10日には東京大空襲によって下町を中心に甚大な被害を受け、都庁舎も失った。その後の空襲による被害もあわせて、市街地の多くが焼け野原と化した。また、小笠原諸島の硫黄島では地上戦が行われ、日米両軍が多大な犠牲を払った戦いとなった。第二次世界大戦の終結により、旧日本軍の基地や施設は、連合国軍に順次接収された。208ヶ所あった都内の米軍基地は、多年にわたる取組みの歴史を経て、現在は8ヶ所になっている。